Temperatura de estancamiento

En la termodinámica y la mecánica de fluidos, se denomina temperatura de estancamiento (o de remanso) a la temperatura en un punto de estancamiento en un flujo de fluido. En un punto de estancamiento la velocidad del fluido es cero y toda la energía cinética se ha convertido en energía interna y además se le añade a la entalpía estática local. En el flujo de fluido incompresible, y el flujo incompresible, la temperatura de estancamiento es igual a la temperatura total de todos los puntos en la línea de corriente que conduce al punto de estancamiento.[1]

Derivación

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Adiabático

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La temperatura de estancamiento se puede derivar de la primera ley de la termodinámica .[2]​ La aplicación de la ecuación de flujo de energía estable e ignorando los términos de energía potencial de trabajo, calor y campo gravitacional, tenemos:

 

donde

  estancamiento (y/o total) de entalpía en un punto de estancamiento.
  entalpía estática en el lugar de interés a lo largo de la línea de corriente estancamiento
  velocidad en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente estancamiento

Sustituyendo entalpía, suponiendo una capacidad de calor específico constante a presión constante ( ) tenemos

 

ó

 

donde

  capacidad de calor específico a presión constante
  estancamiento (parcial o total) de temperatura en un punto de estancamiento
  la temperatura (o la temperatura estática) en el lugar de interés a lo largo de la línea de corriente estancamiento
  velocidad en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento
  número de Mach en el lugar de interés a lo largo de la línea de corriente estancamiento
  Relación de calores específicos (Cp / Cv), ~ 1,4 para el aire en ~ 300 K

Flujo con adición de calor

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q = Calor por unidad de masa añadida al sistema

Estrictamente hablando, la entalpía es una función de la temperatura y la densidad. Sin embargo, a la suposición común de un gas perfecto calorífico, la entalpía se puede convertir directamente en temperatura como se indica más arriba, lo que permite que uno defina una temperatura de estancamiento en términos de la propiedad más fundamental, que sería el estancamiento de entalpía.

En las propiedades de estancamiento (por ejemplo, temperatura de estancamiento, el estancamiento de presión) son útiles en los cálculos de rendimiento de motores a reacción. En las operaciones del motor, la temperatura de estancamiento a menudo se llama la temperatura total del aire. Un termopar bimetálico a menudo se utiliza para medir la temperatura de estancamiento, pero se debe hacer provisiones para la radiación térmica.

Colectores solares térmicos

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Las pruebas de rendimiento de los colectores solares térmicos utilizan el término de temperatura de estancamiento para indicar la temperatura máxima alcanzable de un colector con un fluido estancado (sin movimiento), una temperatura ambiente de 30 °C, y la radiación solar incidente de 1000 W / m². Las cifras mencionadas son sólo valores arbitrarios y no poseen ningún significado verdadero sin un contexto apropiado.[3]

Referencias

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  1. Van Wylen and Sonntag, Fundamentals of Classical Thermodynamics, section 14.1
  2. Van Wylen and Sonntag, Fundamentals of Classical Thermodynamics, equation 5.50
  3. Planning and Installing Solar Thermal Systems: A Guide for Installers, Architects and Engineers. German Solar Energy Society (DGS). ISBN 1844071251. 

Bibliografía

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  • Van Wylen, G.J., and Sonntag, R.E. (1965), Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., New York

Enlaces externos

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  • Artículo original en inglés. [1].